江西省早稻高溫逼熟規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)量的影響

陳昆+黃淑娥+景元書(shū)

摘要：采用累積距平法和信息擴(kuò)散法對(duì)江西省82個(gè)氣象觀測(cè)站近50年氣象資料進(jìn)行分析處理，以探究江西省早稻高溫逼熟的發(fā)生規(guī)律及其對(duì)產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：江西省早稻高溫逼熟的關(guān)鍵期為每年的6月15日至7月20日；近50年來(lái)江西省6—7月均溫變化可分為4個(gè)過(guò)程，其中21世紀(jì)以來(lái)氣溫明顯上升，高溫逼熟次數(shù)明顯增加；一年中，高溫逼熟發(fā)生次數(shù)較多的為7月11—20日，較少的為6月15—30日，2004年后高溫逼熟有提前趨勢(shì)；高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域?yàn)橼M江流域的吉泰盆地、樟樹(shù)、新干，贛南的贛縣、南康以及贛中北信江流域的鷹潭、貴溪等地區(qū)，較少的區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)。高溫逼熟次數(shù)與早稻實(shí)際產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，表明高溫逼熟是影響早稻產(chǎn)量的重要因素。

關(guān)鍵詞：江西省；早稻；高溫逼熟；增溫；早稻產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào)： S511.04；S162.5+3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）06-0143-05

收稿日期：2015-10-26

基金項(xiàng)目：國(guó)家公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：GYHY201406025、GYHY201006025）。

作者簡(jiǎn)介：陳昆（1990—），男，江蘇南京人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：905262462@qq.com。

通信作者：黃淑娥，碩士，正研級(jí)高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：jxhse@sohu.com。水稻是我國(guó)最主要的糧食作物之一，是一種喜溫作物。然而，過(guò)高的氣溫也對(duì)水稻生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，抽穗揚(yáng)花期高溫，將阻礙水稻花粉成熟和花藥開(kāi)裂，導(dǎo)致花粉活力和花粉萌發(fā)率降低[1-3]；灌漿成熟期高溫，水稻灌漿速率加快，灌漿期縮短，導(dǎo)致千粒質(zhì)量下降，空殼率上升，產(chǎn)量減少，并且收獲的稻米品質(zhì)也將下降[4-8]。IPCC第五次報(bào)告又一次確認(rèn)了全球變暖的事實(shí)，這又加劇了水稻遭受高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)。

目前，已經(jīng)有較多的學(xué)者對(duì)不同水稻產(chǎn)區(qū)的高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。對(duì)江蘇的高溫?zé)岷ρ芯恐赋?，?990年后，江蘇的氣溫呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)的趨勢(shì)，高溫?zé)岷Πl(fā)生的次數(shù)也呈增加趨勢(shì)，且寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵地區(qū)受熱害嚴(yán)重[9-11]。金志鳳等對(duì)浙江地區(qū)高溫?zé)岷Φ难芯空J(rèn)為，浙江大部分地區(qū)均有高溫?zé)岷Πl(fā)生，中心區(qū)域出現(xiàn)在金華地區(qū)，且隨時(shí)間呈增加趨勢(shì)[12]。羅孳孳等對(duì)重慶地區(qū)的高溫研究發(fā)現(xiàn)，水稻高溫?zé)岷τ绕涫侵囟雀邷責(zé)岷Τ噬仙厔?shì)；灌漿結(jié)實(shí)期，長(zhǎng)江河谷地區(qū)熱害嚴(yán)重[13]。

江西省是長(zhǎng)江流域重要的水稻產(chǎn)區(qū)之一，水稻種植面積和總產(chǎn)量均居全國(guó)第二，其中雙季早稻種植面積為331.77萬(wàn)hm2，占江西稻谷種植面積的41.7%[14]。早稻的灌漿期處于6月下旬至7月上旬，正好遭遇高溫時(shí)段，易受高溫傷害，造成高溫逼熟。因此，開(kāi)展區(qū)域內(nèi)早稻高溫逼熟的研究很有必要。楊丙玉等對(duì)江西省1961—2010年6—8月平均氣溫等氣象資料分析，發(fā)現(xiàn)水稻熱害主要集中在7月中下旬和8月上旬；高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)較高的區(qū)域分布于江西東北部、贛州北部、吉泰盆地和贛撫平原，并向山區(qū)遞減[15]。本研究根據(jù)江西省農(nóng)試站多年早稻生育期來(lái)確定高溫?zé)岷Φ挠行r(shí)段，分析江西省近半個(gè)世紀(jì)早稻灌漿期的溫度變化以及近20年早稻高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)，為早稻種植合理布局提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1資料

氣象資料來(lái)自于江西省氣象局，包括82個(gè)氣象觀測(cè)點(diǎn)1961—2015年的6—7月日均溫和最高氣溫等。早稻產(chǎn)量資料以江西省農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站為代表站。

1.2方法

1.2.1高溫?zé)岷χ笜?biāo)根據(jù)前人的研究成果，采取日平均氣溫≥ 30 ℃和日最高氣溫≥ 35 ℃連續(xù)出現(xiàn)3 d及以上作為指標(biāo)。依據(jù)持續(xù)出現(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)短，劃分為不同危害等級(jí)：3～5 d為輕度，6～8 d為中度，超過(guò)8 d為重度。

1.2.2數(shù)據(jù)處理

1.2.2.1采用累積距平法分析氣溫突變現(xiàn)象，公式為：

Xt=∑ni=1（xi-x）（t=1，2，3，…，n）

。

式中，Xt為氣溫累積距平值；xi為歷年平均氣溫；x為氣溫多年平均值。Xt絕對(duì)值達(dá)到最大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的t即為突變年份。

運(yùn)用Mann-Kendall方法和SPSS多重比較對(duì)氣溫突變進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.2.2.2采用線(xiàn)性滑動(dòng)平均法計(jì)算趨勢(shì)產(chǎn)量[16]以3年為滑動(dòng)步長(zhǎng)分離趨勢(shì)產(chǎn)量Yt，并計(jì)算氣象產(chǎn)量Yw：

Yw=Y-Yt

。

式中，Y為實(shí)際產(chǎn)量，Yw為氣象產(chǎn)量，Yt為趨勢(shì)產(chǎn)量。

1.2.2.3風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法在小樣本數(shù)據(jù)分析時(shí)常得不到理想的結(jié)果。利用信息擴(kuò)散方法可以彌補(bǔ)樣本數(shù)不足的缺點(diǎn)，獲得更靠近真實(shí)的信息。本研究采用信息擴(kuò)散方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，具體參照黃崇福等的方法[17-19]。

2結(jié)果與分析

2.1早稻歷年灌漿成熟期變化

表1為南昌縣近20年早稻乳熟至成熟日期，從中可以看出，近20年早稻乳熟期始于6月下旬至7月上旬，成熟期為7月上中旬，2000年后，乳熟期和成熟期有提前的趨勢(shì)，2010年后這種趨勢(shì)更加明顯?？偟膩?lái)看，早稻乳熟期最早的開(kāi)始時(shí)間為6月18日，成熟期最晚為7月23日，但由于乳熟期和成熟期的提前，將研究的時(shí)間確定為6月15日至7月20日。

2.2江西省50年來(lái)6—7月均溫的變化

圖1為江西省近半個(gè)世紀(jì)6—7月均溫的累積距平變化和M-K突變檢驗(yàn)。從圖1-A可以看出，近50年江西省6—7月均溫的變化可分為4個(gè)過(guò)程：60年代到70年代中期，均溫日、累積距平降低，溫度下降；70年代中期到90年代初，累積距平相對(duì)平穩(wěn)；整個(gè)90年代的累積距平都是下降的，并在1999年達(dá)到最低值；2000年后，累積距平急劇增加，溫度顯著增加。利用M-K進(jìn)行突變檢驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了6—7月均溫的變化過(guò)程，同時(shí)顯示突變年份為2000年（圖1-B）。因此，可以認(rèn)為世紀(jì)之交為氣溫突變時(shí)間。

將每年的6—7月分為6月15—30日、7月1—10日、7月11—20日3個(gè)階段，就整體來(lái)看，近50年來(lái)， 6—7月均溫和最高均溫呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率分別為0.125 ℃/10年

（接近0.5水平顯著）、0.124 ℃/10年；就階段性來(lái)看，前2個(gè)階段的均溫和日最高氣溫呈增加趨勢(shì)，第一階段均溫和最高均溫的氣候傾向率分別為0.179 ℃/10年和0.21 ℃/10年，第二階段分別為0.215 ℃/10年和0.229 ℃/10年，第二階段增溫大于第一階段，最高均溫增溫大于均溫；第三階段的日均溫和日最高氣溫則微弱降低；從不同年代際來(lái)看，除第三階段外，其他階段變化趨勢(shì)大體一致，90年代的均溫和最高均溫最低，進(jìn)入新世紀(jì)后，增溫明顯（表2）。

2.3早稻高溫逼熟年變化

2.3.1年變化圖2為早稻歷年高溫逼熟總次數(shù)和重度熱害次數(shù)的發(fā)生規(guī)律，選取這2個(gè)指標(biāo)的原因是，總次數(shù)可以代表受害的情況，重度受害次數(shù)對(duì)早稻產(chǎn)量的影響更大，其中，圖1-A、B、C、D分別代表全省、贛中、贛北、贛南。從圖2可以看出，1999年之前，高溫逼熟發(fā)生次數(shù)較少，其中1999年沒(méi)有發(fā)生；1999年后高溫逼熟發(fā)生頻繁，全省、贛中、贛北、贛南發(fā)生高溫逼熟總次數(shù)最高的年份分別為2006、2009、2006、2006年，發(fā)生次數(shù)分別為2.31次、3次、3次、4次，贛南發(fā)生高溫逼熟的次數(shù)最多。全省平均重度高溫逼熟發(fā)生次數(shù)最多的年份為2012年，平均達(dá)到0.69次。各地區(qū)高溫逼熟發(fā)生規(guī)律總體一致，都呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)，發(fā)生次數(shù)的極大值在2006—2009年之間。高溫逼熟發(fā)生的總次數(shù)和重度熱害次數(shù)的規(guī)律也極其一致，總次數(shù)多的年份重度熱害次數(shù)也較多；同時(shí)，各地區(qū)高溫逼熟發(fā)生趨勢(shì)也有一些細(xì)小差別，贛中在2010年后高溫逼熟發(fā)生次數(shù)的降低趨勢(shì)較其他地區(qū)緩慢，贛北的趨勢(shì)則較其他地區(qū)迅速?？傮w上看來(lái)，雖然2010年后高溫逼熟發(fā)生次數(shù)有降低的趨勢(shì)，但仍然處于較高值區(qū)，因此還需要加強(qiáng)高溫逼熟的防御。

2.3.2階段性變化圖3為高溫逼熟的階段性變化趨勢(shì)?？梢钥闯觯?、贛中、贛北、贛南（圖3-A、B、C、D）各階段高溫逼熟發(fā)生規(guī)律總體上一致，2000年前各階段發(fā)生概率為第三階段>第二階段>第一階段，2000年后，第二和第三階段高溫逼熟發(fā)生概率基本相等，大于第一階段發(fā)生概率；各地區(qū)

第一階段高溫逼熟發(fā)生規(guī)律總體呈先減少后增加趨勢(shì)，其中贛中表現(xiàn)最為明顯，2007年后發(fā)生概率急劇上升，同時(shí)，贛北表現(xiàn)最不明顯，截至2015年發(fā)生概率還無(wú)明顯變化。就全省來(lái)看，第二階段高溫逼熟發(fā)生概率呈增加趨勢(shì)，但局部有細(xì)微差異：贛北2010年前發(fā)生概率增加明顯，2010年后趨于平緩；贛南呈平穩(wěn)增加趨勢(shì)，而贛中在2004年前增加趨勢(shì)明顯，2009年后出現(xiàn)下降趨勢(shì)；第三階段高溫逼熟發(fā)生概率在2000年前有微弱上升，但隨后開(kāi)始下降。各地區(qū)表現(xiàn)稍有差異：贛中和贛南下降趨勢(shì)不明顯，贛北則大幅減少?？傮w來(lái)看，近10年來(lái)，早稻高溫逼熟發(fā)生的時(shí)間有提前趨勢(shì)。

2.4早稻高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)的空間分布

運(yùn)用信息擴(kuò)散法對(duì)江西省82個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)分析，并用ARCGIS繪制成圖4 。圖4-A、B、C、D、E、F分別為高溫逼熟發(fā)生總次數(shù)為0、1、2、3、4次以及發(fā)生重度高溫逼熟時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)分布。

全省早稻灌漿期發(fā)生高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)很小的地區(qū)（0級(jí)風(fēng)險(xiǎn)較大地區(qū)）為廬山、井岡山、大余、銅鼓、龍南、定南、全南、安遠(yuǎn)、尋烏、資溪等山區(qū)，發(fā)生概率在0.3以下，其中廬山、井岡山、大余無(wú)高溫逼熟發(fā)生。

隨著早稻灌漿期內(nèi)高溫逼熟發(fā)生次數(shù)的增加，其發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)逐漸降低。除了廬山、井岡山、大余無(wú)高溫逼熟發(fā)生外，其余地區(qū)都有發(fā)生高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)，全省絕大部分地區(qū)都有發(fā)生1次高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)概率在0.3以上，即每3年就會(huì)遭遇1次；大部分地區(qū)發(fā)生2次高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)在0.3以上；小部分地區(qū)有發(fā)生3次的風(fēng)險(xiǎn)，主要分布在吉泰盆地，贛南的贛縣、南康，贛中的樟樹(shù)、新干以及贛中北的余江、貴溪等地區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)概率在0.16～0.32之間，即每3～6年會(huì)遭遇1次；個(gè)別地區(qū)有發(fā)生4次高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)，主要分布在吉泰盆地、贛縣以及江西中北部的余江、鷹潭等地，且各地發(fā)生概率≤0.1，除吉安地區(qū)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)概率為0.1，即每10年發(fā)生1次外，其余地區(qū)大概每20年發(fā)生1次。重度高溫逼熟發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高的分布地區(qū)和發(fā)生3次高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)較高的地區(qū)比較一致，即主要分布于贛南、贛中及中北地區(qū)，風(fēng)險(xiǎn)概率在 0.2 以上，每5年就會(huì)發(fā)生1次重度高溫逼熟，贛中北的鷹潭、鉛山最為嚴(yán)重，平均每隔1年就會(huì)發(fā)生1次。此外，可以看出，發(fā)生3次高溫逼熟和發(fā)生重度高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域比較一致，說(shuō)明只要發(fā)生了3次以上高溫逼熟，則基本一定包含了1次重度高溫逼熟?？傮w上看，贛江流域的吉泰盆地、樟樹(shù)、新干，贛南的贛縣、南康以及贛中北信江流域的鷹潭、貴溪等地區(qū)發(fā)生多次和重度高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)較大，廬山、井岡山、大余等周邊山區(qū)發(fā)生高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)很小。

2.5高溫逼熟對(duì)早稻產(chǎn)量的影響

水稻產(chǎn)量的形成過(guò)程實(shí)質(zhì)上是灌漿期籽粒中光合產(chǎn)物的積累過(guò)程，積累量的多少與外界環(huán)境尤其是光溫條件直接相關(guān)。從圖5可以看出，高溫逼熟發(fā)生次數(shù)多的年份，早稻的實(shí)際產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量明顯下降。通過(guò)對(duì)實(shí)際產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量與高溫逼熟次數(shù)的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，兩種產(chǎn)量與高溫逼熟次數(shù)都顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)都達(dá)到-0.64。此外，實(shí)際產(chǎn)量與氣象產(chǎn)量的變化極其一致，相關(guān)分析表明，兩者達(dá)到極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.87，說(shuō)明近20年來(lái)氣候變暖導(dǎo)致的高溫逼熟對(duì)早稻產(chǎn)量造成顯著的不利影響。

3結(jié)論與討論

江西省早稻灌漿成熟期為6月15日至7月20日，這一時(shí)期為研究早稻高溫逼熟的最佳時(shí)段。

江西省6—7月均溫的變化可分為4個(gè)過(guò)程：60年代到70年代中期，溫度下降；70年代中期到90年代初，溫度相對(duì)平穩(wěn)；90年代，溫度又是下降的；2000年后，溫度顯著上升；6—7月均溫的突變年份為90年代末到新世紀(jì)初。

近20年來(lái)，早稻發(fā)生高溫逼熟總次數(shù)和重度高溫逼熟的發(fā)生次數(shù)都是呈先增加后減少的趨勢(shì)，但目前仍然處于發(fā)生次數(shù)的高值區(qū)；同時(shí)，7月11—20日發(fā)生高溫逼熟的概率大于7月1—10日和6月15—30日，但近幾年來(lái)，早稻高溫逼熟有提前發(fā)生的趨勢(shì)。

贛江流域的吉泰盆地、樟樹(shù)、新干，贛南的贛縣、南康以及贛中北信江流域的鷹潭、貴溪等地區(qū)發(fā)生多次和重度高溫逼熟的風(fēng)險(xiǎn)較大，廬山、井岡山、大余等周邊山區(qū)發(fā)生高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)很小。

高溫逼熟次數(shù)與早稻實(shí)際產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量顯著負(fù)相關(guān)，即高溫逼熟次數(shù)多，早稻實(shí)際產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量降低，表明氣候變暖導(dǎo)致的高溫逼熟仍然是影響早稻產(chǎn)量的重要因素。

目前，關(guān)于水稻高溫?zé)岷Φ闹笜?biāo)有溫度指標(biāo)、積溫指標(biāo)、綜合指數(shù)以及高溫持續(xù)時(shí)間結(jié)合減產(chǎn)率的指標(biāo)[20-23]。本研究采用的是溫度指標(biāo)，即日平均氣溫≥ 30 ℃和日最高氣溫≥ 35 ℃連續(xù)出現(xiàn)3 d及以上作為指標(biāo)。已有較多的學(xué)者對(duì)水稻高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生規(guī)律及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，研究的區(qū)域包含了江浙皖、江西和重慶等重要的水稻產(chǎn)區(qū)。然而，很多研究的高溫時(shí)段太廣，超過(guò)了水稻生長(zhǎng)的關(guān)鍵期。為此，本研究首先統(tǒng)計(jì)了近20年的早稻乳熟至成熟期，以這個(gè)時(shí)間段為研究高溫逼熟的目標(biāo)時(shí)段，這樣就更具有針對(duì)性和精確性。前人的研究一般多關(guān)注于高溫?zé)岷Φ臅r(shí)空變化規(guī)律，忽略了對(duì)高溫?zé)岷﹄A段性的分析。本研究中，將每年的高溫逼熟時(shí)段分為3個(gè)階段，研究每個(gè)階段的發(fā)生概率及其年變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高溫逼熟有提前發(fā)生的趨勢(shì)。楊丙玉等研究指出，高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)較高的區(qū)域分布于江西東北部、贛州北部、吉泰盆地和贛撫平原，并向山區(qū)遞減[15]，本研究的結(jié)果與之基本一致，進(jìn)一步對(duì)照江西地圖發(fā)現(xiàn)，發(fā)生高溫逼熟風(fēng)險(xiǎn)較大的地區(qū)大部分處于贛江和信江流域。羅孳孳等對(duì)重慶地區(qū)的高溫研究也發(fā)現(xiàn)，灌漿結(jié)實(shí)期，長(zhǎng)江河谷地區(qū)熱害嚴(yán)重[13]，這可能是由于河谷平原相對(duì)于四周地勢(shì)較低，水網(wǎng)密布，熱量不易散失，造成夏季高溫。水稻灌漿期高溫會(huì)使產(chǎn)量降低已經(jīng)成為共識(shí)，本研究通過(guò)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，早稻實(shí)際產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量與高溫逼熟發(fā)生次數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，即高溫逼熟高發(fā)年份，早稻實(shí)際產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量降低。

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